Емкостной преобразователь угла Советский патент 1978 года по МПК G01B7/30 

Емкостной преобразователь угле относи ся К устройствам и элементам систем авто матического регулирования и управления и .служит для преобразования угла поворота вала в электрический сигнал. Известен емкостной преобразователь, содержащий вторичную схему и конденсатор переменной емкости, вьшолиенный в виде трех параллельно расположенных, отделенных друг от друга плат из проводящего материала . Две внешние платы образуют статор преобразователя, центральная плата, служащая в Качестве экрана, управляющего емкостной связью между двумя внешнимн пла тами, является ротором преобразователя. Амплитуда сигнала на выходе вторичной схемы зависит от взаимного расположения плат, то есть, является функцией угла поворота вала. Однако такой преобразователь обладает погрешностью, вызванной наличием радиальных биений ротора и температурным расширением роторных и статорных пластин, что отрицательно сказывается на стабильнос:ти выходных характеристик. Известен также емкостной преобразователь угла, содержащий два дифференциаль- ных конденсатора с попарно расположенными пластинами статоров и размещенными в зазорах между ними пластинами роторов, установленных на общем валу с взаимным смещением в пространстве, и регистрирующий блок 2.J.l. Статор каждого из дифференциальных конденсаторов состоит из восьми неподвижных металлизированных кварцевых полуколец, расположенных попарно в двух параллельных плоскостях. Ротор выполнен в виде металлического полудиска. Дифференциальные конг . денсаторы подключены к источнику возбужде1ШЯ и ко входам операционных усилителей, на выходах которых формируются два напряжения, огибающие которых изменяются по линейному закону в функции угла поворота вала ротора и сдвинуты друг относительно друга на уголЛ/2. , Четыре полукольца каждого дифференциального конденсатора подключены к земляной шине для обеспечения стабильнсюти полезной емкости. Недостатками этого преобразователя являются сложность когютрукции, значительн габариты и сравнительно сложная технология изготовления. Для упрощения конструкции в предлагаемом преобразователе пластины статоров каж дого конденсатора выполнены в виде двух полых соосных папуцилиндров с торцевым кольцом-перемычкой и размещены с взаимным смещением на угол1Т/2, а пластины роторов выполнены в виде двух полуцилиндров Т-образного сечения, установленных на диэлектрическом основании, связанном с валом, и образующих разрезной цилиндр. На фиг. 1 показана электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фпг. 2 - выходные характеристики преобразователя; на фиг, 3 изображен предлагаемый преобразователь с разнесенными элементами статоров и ротора; на фиг. 4 - детали ротора. Преобразователь содержит источник 1 возбуждения, трансформатор. 2 дифференц альные конденсаторы 3, образованные пластинами статоров 4 и 5 и пластинами роторов 6 и 7, и буферные усилители 8 и 9. Пластины статоров 4 и 5 каждого из дифференциальных конденсаторов представляю собой два полых соосных полуцилиндра, связанных между собой по торцевой поверхности металлическим кольцом-перемычкой Ю. Пластины статоров одного дифференциальног конденсатора смешены относительна пластин статора другого конденсатора на уголf /2 Каждая пластина ротора представляет собой металлический полуцилиндр Т-образного сечениЯ) переходящий в контактные кольца токосъемников 11 и 12, Пластины роторов 6 и 7, закрепленные .на диэлектрическом .основании 13 с взаимны смешением на угол cfj, образуют разрезной цилиндр. Диэлектрическое основание 13 представляет собой фигурную втулку, жестк укрепляемую на валу, угловое перемещение которого контролируется. По принципу действия преобразователь относится к емкостным преобразователям с переменной плошадью. При нулевом положении ротора площади перекрытия пластин статора 4 пластинами роторов 6 и 7 равны, емкости соответствующего дифференциального конденсатора также равны, и разностный ток аа входе yc лителя равен нулю. Напряжение U.gjj|y.на выходе этого усилителя, определяемое как произведение входного тока на сопротивлени резистора Б цепи обратной связи, также раано нулю. Перемещение ротора в ту или другую стоону от нулевого положения преобразуется разность емкостей плеч дифференциального онденсатора, образованного пластинами роороэ 6 и 7 и статором 4. Токи через емости, образованные статором и каждой из ластин ротора, становятся неравными; во входной цепи усилителя 8 появляется ток как разность токов через емкости дифференциального конденсатора. На выходе усилителя появляется напряжение переменного тока, величина амплитуды которого прямопропррциональна величине углового перемещения ротора, а фаза определяется, направлением перемещения. При нулевом положении ротора пластины статора 5 образуют с одной пластиной ротора максимальную, а с другой - минимальную емкости. При этом разностный ток во входной цепи усилителя 9 достигает максимального значения, и на выходе усилителя 9 появляется максимальное значение напряженияТЬ. Таким образом, на выходах усилителей 8 и 9 появляются два напряжения переменного тока модулированные по амплитуде (фиг. 2). Изменение знака амплитуды каждого напряжения условно отражает изменение фазы несущей частоты на угол, равный 180 . Формула изобретения Емкостной преобразователь угла, содер)жащий два дифференциальных конденсатора с попарно расположенными пластинами статоров и размещенными в зазорах между ними пластинами роторов, установленных на общем валу с взаимным смещением, и регистрирующий блок, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструк ций, пластины статоров каждого конденсатора выполнены в виде двух полых соосных полуцилиндров с торцевым кольцом-перемычкой и размещены с взаимным смещением на угол11/2 ) а пластины роторов выполнены в виде двух полуцилиндров Т-образного сечения, установленных на диэлектрическом основании, связанном с валом, и образующих разрезной цилиндр. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Патент США j 3668672, кл. 340-200, 1972. 2.David M.MoikowNew deviceb fot-pteс зе arrgPe and t&nui}i meaaureiitenl u&tw apeciof capacitors aitd voEtade ЛЕЕЕ Trans. и rr&ii u rn . a ndM atx d 1974, 23, 4, p 356-358.